Показать сообщение отдельно
  #2  
непрочитанный 02.03.2008, 16:26
Аватара для koff  
Регистрация: Jan 2007
Адрес: SPb
Возраст: 43
Сообщения: 8,538
koff В авторитете =)koff В авторитете =)
Ответ: Дифференциалы повышенного трения (LSD)

еще про разные дифы: http://www.inomarka.nnov.ru/?id=7085&cur_id=9294

дифференциальное счисление

автор: Иван Кошуринов
фото: Евгений Смородин

Современный автомобиль – одно из самых высокотехнологичных и сложных устройств, которыми мы пользуемся повседневно, и чуть ли не с каждым днем он становится все сложнее, впитывая в себя последние достижения в различных областях техники. Но есть в конструкции практически любого автомобиля решения старые как мир (хотя, разумеется, совершенствующиеся с течением времени), и зачастую мы даже не задумываемся об их древности, не говоря уж о принципе действия. Одно из них - дифференциал.



ровесник колеса

Это, конечно, преувеличение, но не очень большое: как только два колеса получили общую ось и появилась необходимость изменять направление движения, люди заметили, что при повороте повозки левое и правое колеса проходят различный путь, и, если они жестко закреплены на этой оси, одно из них пробуксовывает. Причем этот эффект не так уж ничтожен, как может показаться: например, если современный автомобиль среднего класса разворачивается в левую сторону, вывернув колеса на максимальный угол, то за время полного разворота (на 180 градусов) правое колесо проезжает более четырех «лишних» метров...

Впрочем, тогда, когда появился дифференциал, никакими автомобилями еще и не пахло: первое упоминание о похожей конструкции датируется 2600-м годом до нашей эры - она использовалась в Китае, на боевых колесницах (для чего, сейчас уже трудно сказать). Также механизм, примерно соответствующий современному устройству дифференциала, был предложен гениальным Леонардо да Винчи за четыреста лет до появления автомобилей, которые в нем нуждались. Наконец, дифференциал в том виде, в каком мы его знаем, был запатентован во Франции изобретателем Онесифором Пеккером в 1827 году, а первым его носителем считается машина австралийца Дэвида Ширера, построенная в 1897 году.

Однако прошло еще немало лет, прежде чем дифференциал окончательно "прописался" в конструкции автомобиля: еще в 20-е годы прошлого века многие инженеры считали, что резиновые шины компенсируют разницу угловых скоростей, позволяя колесам буксовать при повороте без большого ущерба для автомобиля. И даже сейчас встречаются бездифференциальные конструкции, такие как спортивно-"игрушечные" карты, у которых задние колеса не могут вращаться независимо. Но на всех серьезных автомобилях главная задача - передача тяги на ведущие колеса с компенсацией возможного различия их скоростей - решается с помощью дифференциала.

В основе простейшего дифференциала лежит планетарный механизм, где крутящий момент на полуоси передается через шестерни-сателлиты. Не углубляясь в теорию, можно сказать, что действие этого механизма можно сравнить с весами: пока грузы на обеих чашках одинаковы, они неподвижны друг относительно друга, но как только одна из них перевешивает, конструкция приходит в движение и чашки перемещаются. Соответственно, пока оба колеса автомобиля находятся в одинаковых условиях, для их вращения необходимы одинаковые усилия, и сателлиты вращают обе полуоси одинаково, но если баланс нарушается, крутящий момент тут же передается на ту полуось (и, соответственно, колесо), которая вращается легче. Причем, исходя из конструктивных особенностей, дифференциал в этом случае является повышающим редуктором: если одно колесо неподвижно, то второе будет вращаться вдвое быстрее.

век свободы не видать

В этом и есть главный смысл и одновременно недостаток планетарного механизма: даже если попробовать резко, с пробуксовкой, стартовать на асфальте, чаще всего будет буксовать лишь одно колесо, поскольку фактически в этот момент только оно и является ведущим. А если покрытия разные (асфальт-лед, например), разница еще заметнее: попав на лед, одно из ведущих колес так и будет буксовать, а другое - спокойно стоять на асфальте. И даже полный привод не может кардинально изменить ситуацию: если он постоянный, автомобилю требуются целых три дифференциала - два межколесных и один межосевой, - поскольку при повороте скорости могут отличаться у всех ведущих колес. И если все эти дифференциалы обычные, так называемые свободные, то в худшем для водителя случае крутящий момент будет передаваться опять же на единственное колесо, причем самое легко вращающееся, читай - буксующее. Решением проблемы стали блокировки, к развитию конструкций которых, в сущности, и сводится многолетний процесс совершенствования дифференциалов.

Различных блокировок великое множество, однако, по большому счету, все дифференциалы, кроме свободных, можно разделить на две основные группы - принудительно, жестко блокируемые и самоблокирующиеся. С принудительной блокировкой все достаточно просто: полностью заблокированный дифференциал перестает выполнять свои функции и превращается в муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы, если он межосевой), передавая им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для полной блокировки классического дифференциала достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Включать подобного рода блокировки можно только при полной остановке, а пользоваться ими нужно крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно, чтобы испортить исполнительный механизм. Применяют их, как правило на небольших скоростях, только для передвижения по труднопроходимой местности, так как при полной блокировке межколесного дифференциала (особенно впереди) автомобиль очень сильно теряет в управляемости – едет "плугом" прямо, а заблокированный межосевой дифференциал при езде по дорогам часто снижает ресурс трансмиссии просто катастрофически. Принудительная блокировка – удел настоящих внедорожников, типа Mercedes G-класса и Land Rover Defender, все три дифференциала которых могут быть полностью заблокированными. Проходимость в этом случае поистине феноменальна, но легковые автомобили, как правило, такими блокировками не снабжаются.

Исключительно на вездеходах и спецтехнике (тракторы, бронетранспортеры) используются и некоторые типы самоблокирующихся дифференциалов - такие, к примеру, как кулачковые и зубчатые. В этих конструкциях вместо рассмотренного нами классического планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары соответственно, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Достоинство таких схем - простота конструкции, а главный недостаток - "грубое" срабатывание блокировок, делающее невозможным их применение на "гражданских" автомобилях. Для последних разработаны более "продвинутые" конструкции, достойные отдельного подробного рассказа.

между трением и скольжением

Конструкция большинства самоблокирующихся дифференциалов основана на использовании силы трения, поэтому их так и называют - дифференциалы повышенного трения. За границей принят другой термин - Limited Slip Differentials (сокращенно - LSD), то есть дифференциалы с ограниченным проскальзыванием, что, в сущности, то же самое. Один из наиболее простых и в силу этого распространенных вариантов - так называемая вискомуфта (она же вязкостная), где вышеупомянутое трение создается внутри специальной жидкости. В обычном режиме эта муфта остается разомкнутой, но как только одна из полуосей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, жидкость начинает "сопротивляться", блокируя дифференциал, но не жестко, а плавно, причем коэффициент трения и, соответственно, степень блокировки увеличивается с ростом разницы в скоростях. А по мере выравнивания угловых скоростей трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведет к ее постепенному размыканию и отключению блокировки. Вискомуфты применяются обычно для межосевых дифференциалов (их конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор) как дорожных полноприводных машин, таких как Subaru Impreza, так и "паркетников" типа Toyota RAV4. На настоящем бездорожье вискомуфта не справляется с постоянной сменой условий сцепления колес с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и в конечном счете может выйти из строя.

Механические самоблокирующиеся дифференциалы можно разделить на два типа - speed sensitive, срабатывающие от разницы в угловых скоростях вращения полуосей, и torque sensitive, "чувствующие" разницу передаваемого на полуоси крутящего момента. Конструкции первого типа представляют собой обычные планетарные дифференциалы, только снабженные блоками фрикционных пластин, поэтому их именуют еще friction based LSD. Когда начинает возникать разница в угловых скоростях, пластины благодаря силе трения сдерживают ее, а когда величина крутящего момента превосходит эту силу, вращение все же передается на полуось с меньшим сопротивлением вращению. Поэтому такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов и кардинально повлиять на управляемость или проходимость машины не в состоянии. Тем не менее, подобные дифференциалы штатно устанавливаются в задних мостах многих внедорожников - Toyota 4Runner, Nissan Terrano, Kia Sportage. Дальнейшим развитием этой конструкции можно считать так называемый героторный дифференциал, где пакет фрикционов LSD дополнен устройством блокировки, состоящим из насоса с поршнем: при возникновении разности угловых скоростей насос нагнетает рабочую жидкость (масло) и сдавливает фрикционный блок, многократно увеличивая трение и блокируя дифференциал. Под названием Hydra-Lock такая конструкция используется на внедорожниках Jeep корпорации DaimlerChrysler.

torsen - это звучит гордо

Отдельная песня - дифференциалы системы Torsen, которые некоторые называют "дифференциалами Торсена", уж очень название похоже на фамилию изобретателя. На самом деле это просто сокращение от вышеупомянутого Torque sensitive, и на данный момент это одна из самых эффективных и технологичных форм блокировки дифференциалов. Принцип ее работы основан на свойствах червячной передачи, о которых мы здесь не будем распространяться, ограничимся лишь описанием свойств и области применения трех основных разновидностей этой конструкции. Дифференциалы типа Т-1 - самые мощные, они способны «переваривать» самые большие перепады крутящего момента – от 2,5:1 до 5:1, - их можно встретить на различных машинах, но стали известными они в первую очередь благодаря компании Audi и технологии Quattro, где они используются в качестве межосевых. Другие компании использовали Т-1 в основном в задней оси спортивных моделей – таковы, например, выпускавшиеся в 90-е годы прошлого века Mazda RX-7 (заднеприводная) и Toyota Celica GT-4 (полноприводная).



Дифференциал T-2 имеет меньший диапазон блокировки, однако он более чувствителен к разнице передаваемого момента и срабатывает раньше. Такая схема также используется в полноприводных моделях Audi, а кроме них - в BMW Z3, Honda S2000, Toyota/Lexus (как на джипах, так и на дорожных автомобилях), Volkswagen Passat 4Motion и даже на дорожном варианте культового Hummer (вариант для военных оснащен дифференциалом Т-1). Наконец, третий тип, Torsen Т-3, используется в основном для межосевых дифференциалов: планетарная структура конструкции позволяет сместить начальное распределение момента в пользу одной из осей, а срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30-процентной разнице в передаваемых на полуоси моментах. Так сделано на Toyota 4Runner: в обычных режимах 40 процентов момента передается на передние колеса, 60 - на задние, а при частичной блокировке это соотношение может изменяться от 53:47 до 29:71. Эти дифференциалы достаточно молоды и только начинают завоевывать популярность: так, Audi, известный апологет равного распределения крутящего момента по осям, в новых моделях собирается изменить своим традициям в сторону "заднеприводности".

Очень похожи на Torsen Т-1 английские дифференциалы Quaife и американские Tractech: первые чаще всего можно встретить на спортивных автомобилях (Focus RS, Noble M12) или в тюнинговых комплектах, вторые применяются на внедорожниках: Ford, Chevrolet, Dodge. Кстати, и в России есть производство аналогичных дифференциалов "Торсена" для внедорожников УАЗ и спортивных переднеприводных ВАЗов; автор данного материала имеет некоторый опыт езды на последних и может авторитетно заявить – «гражданские» приемы вождения на машине с блокировкой неприемлемы. Если в процессе доработки переднеприводника вы предполагаете установку самоблокирующегося дифференциала, учтите это.

проверено электроникой

Электронные системы управления дифференциалами "выросли" из АБС (антиблокировочная система тормозов): ее датчики, отслеживающие частоту вращения каждого колеса, фиксируют начало пробуксовки одного из них, а дальше, как говорится, дело техники. Точнее, электроники, которая дает команду притормозить забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал - свободный, без всяческих механических ухищрений - передавать момент на колесо с хорошим сцеплением. Еще недавно подобная электронная имитация блокировок являлась для некоторых полноприводников (первые Mercedes ML и BMW X5) единственным средством контроля тяги и перераспределения крутящего момента между осями и колесами, но практика показала, что для обеспечения настоящей проходимости этого мало, наибольший эффект достигается при сочетании электронных «помощников» с современными механическими системами. Взять хотя бы последнее поколение джипов Toyota или новый Jeep Grand Cherokee: конечно, эти машины не превосходят по проходимости старых героев бездорожья с их полным набором механических блокировок, но это уже и не "паркетники"; при этом ими куда проще управлять, нежели настоящими "проходимцами", как на асфальте, так и вне его.

Не отстают и чисто "асфальтовые" автомобили: для них совершенство «электронных» трансмиссий, огромную роль в работе которых играют дифференциалы, является важнейшим конкурентным преимуществом. Так, система полного привода ATTESA ETS (Advanced Total Traction Engineering System for All Electronic Torque Split) на легендарных Nissan Skyline GT-R позволяет стартовать на полном приводе, когда наиболее важно реализовать большой крутящий момент без пробуксовки, а затем двигаться в «штатных» режимах исключительно на заднем, минимизируя потери в трансмиссии. Как только датчики фиксируют потерю сцепления задними колесами, система за сотые доли секунды подключает переднюю ось, практически мгновенно передавая на нее до 50% крутящего момента. Еще более совершенна система полного привода на последних «эволюциях» от Mitsubishi с «активными» дифференциалами - межосевым ACD и задним межколесным Super AYC. Прошлой зимой мы имели возможность испытать эту трансмиссию в деле и можем утверждать – электроника дошла до той ступени развития, когда отказываться от нее не стоит даже опытному водителю. А новейшая «умная» трансмиссия компании Honda имеет практически по отдельному дифференциалу с электронным управлением на каждое колесо... Мы уже привыкли рассуждать о чип-тюнинге, изменении программ управления двигателями, наслышаны и об электронике в коробках-«автоматах», - как знать, может быть, скоро привыкнем обсуждать и программы управления дифференциалами?
Миниатюры
Нажмите на картинку для увеличения

Название:  1.jpg
Просмотров: 86958
Размер:  13.7 Кбайт  Нажмите на картинку для увеличения

Название:  2.jpg
Просмотров: 86777
Размер:  13.5 Кбайт  Нажмите на картинку для увеличения

Название:  3.jpg
Просмотров: 86634
Размер:  13.8 Кбайт  Нажмите на картинку для увеличения

Название:  4.jpg
Просмотров: 87226
Размер:  63.8 Кбайт  

Последний раз редактировалось Fire, 11.03.2008 в 16:22.
Ответить с цитированием